Die mechanischen Eigenschaften und die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Chemikalien haben PEEK für eine Vielzahl von Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie sowie in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt.
Das Team fügte seinen zellularen PEEK-Strukturen Kohlefasern im Mikromaßstab hinzu, wodurch das normalerweise nicht leitende Material in der Lage ist, eine elektrische Ladung durch seine Struktur zu tragen.
Sie wollten untersuchen, ob sich eine Beschädigung ihres elektrisch leitfähigen zellularen PEEK-Verbundmaterials auf ihren elektrischen Widerstand auswirkt.
Wenn dies der Fall ist, könnte es dem neuen Material die Fähigkeit zur „Selbstwahrnehmung“ verleihen – so kann beispielsweise ein Hüftimplantat melden, wenn sich seine Leitfähigkeit geändert hat, was darauf hinweist, dass es abgenutzt ist und ersetzt werden muss.
Um die Selbsterkennungsfähigkeit ihres Designs zu testen, verwendeten sie 3D-Druck, um drei verschiedene Wabenkonfigurationen zu erstellen – eine sechseckige Struktur, eine kreuzförmige chirale Struktur und ein sechsseitiges, wiedereintretendes Design, wobei sowohl das Kohlefaser-PEEK-Material als auch konventionell verwendet wurden SPÄHEN.
Dann setzten sie die Zellstrukturen zwei Arten von Belastungen aus, um ihre jeweiligen Fähigkeiten zur Energieabsorption zu vergleichen. In Quetschtests, bei denen konstanter Druck ausgeübt wird, bis die Struktur zusammenbricht, wurde jedes Design des Kohlefaser-PEEKs von seinem herkömmlichen PEEK-Gegenstück übertroffen, das höheren Drücken standhalten konnte.
Bei Aufpralltests, bei denen ein Gewicht aus der Höhe auf die Strukturen fallen gelassen wird, zeigten die drei Kohlefaser-PEEK-Strukturen jedoch eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigungen. Die sechseckige Wabenkonfiguration des Kohlefaser-PEEKs hatte die beste Reaktion und hielt größeren Stößen stand als alle anderen.
Bei den Druckversuchen maßen die Forscher auch die Widerstandsfähigkeit der Kohlefaser-PEEK-Zellstruktur gegenüber einer elektrischen Ladung, wenn die drei verschiedenen Strukturen belastet wurden.
Die Widerstandsänderung gegen die aufgebrachte Dehnung – ein Maß für den Schadensverlauf, die als piezoresistive Empfindlichkeit bekannt ist – nahm mit zunehmender Druckspannung ab, was zu einem fast vollständigen Verlust des elektrischen Widerstands führte, wenn die Strukturen vollständig zerquetscht wurden.
Die unterschiedlichen Eichfaktoren, die für verschiedene Konfigurationen beobachtet wurden, hängen mit ihrer Schadenswachstumsrate in Übereinstimmung mit ihrer Fähigkeit, Energie zu absorbieren, zusammen, was darauf hindeutet, dass die Piezoresitivität von Kohlefaser-PEEK bei der Entwicklung einer neuen Generation intelligenter leichter multifunktionaler Strukturen von Vorteil sein könnte.